1、MOSFET對驅動電路的相關要求

功率場效應晶體管具有開關速度快，驅動功率小，安全工作區寬，輸入阻抗高等優點，是一種理想的壓控器件。功率MOSFET具有正的溫度係數，且輸入阻抗極高，但柵源電容Ci 較大
，為提高MOSFET開(kai)關(guan)速(su)度(du)
，提(ti)高(gao)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)陡(dou)度(du)
，在(zai)設(she)計(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)時(shi)，必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)有(you)較(jiao)小(xiao)的(de)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)。另(ling)外(wai)
，驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)是(shi)聯(lian)係(xi)強(qiang)電(dian)與(yu)弱(ruo)電(dian)的(de)紐(niu)帶(dai)，在(zai)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)中(zhong)

，強(qiang)電(dian)與(yu)弱(ruo)電(dian)完(wan)全(quan)隔(ge)離(li)，故(gu)應(ying)有(you)隔(ge)離(li)強(qiang)電(dian)和(he)弱(ruo)電(dian)的(de)功(gong)能(neng)。MOSFET的柵源電壓最大隻有±20V左右，門檻電壓Ugs一般為2～6v
，當柵源電壓Ugs ≥10V時MOSFET就進入飽和導通狀態。為了保證可靠觸發，盡可能采用強驅動方式。

根據上述MOSFET對驅動電路的要求，下麵提出了一種適於MOSFET的自保護驅動電路。該電路已在直流斬波器中應用，實踐證明其性能優良。

2、驅動電路及工作原理

圖1為高頻載波橋式整流驅動電路原理圖。它由高頻脈衝振湯器，晶體管 ，VT1
、VT2、VT3
、VT4構成互補電路；脈衝變壓器，橋式驅動整流電路及CD4528或CD4538單穩態電路構成的保護環節組成。

G1門電路和2MHz的晶振構成振蕩器
，經D觸發器CD4013分頻後得到兩路反相脈衝。該脈衝作為G2，G3的輸入信號，當控製端Vi為高電平時，G2
，G3輸出的反相脈衝分別驅動由VTl， VT2和VT3，VT4組成的互補電路。任一時刻，VT1、VT3導通，VT2、VT4截止，或者相反。因此變壓器原邊得到一交變對稱的方波信號。為提高MOSFET的開關速度
，晶體管與電源間不接限流電阻。變壓器原邊的方波電壓幅值即為電源電壓E，該方波電壓經變壓器耦合，在其副邊得到與原邊相似的方波。此方波經VD1 ～ VD4組成的整流橋電路整流後即可接在vMT的柵極直接驅動MOSFET。圖2示出該電路各點的輸出波形。

當控製信號Vi為低電平時

，振蕩器輸出信號被封鎖，門G2
，G3同時輸出高電平，於是晶體管VT2
、VT3處於截止狀態
，變壓器原邊不能形成電流通路
，因此副邊輸出電壓為零，MOSFET關斷。VT5的作用是將MOSFET柵源結電容上貯存的電荷迅速防掉
，加速MOSFET的關斷過程。
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3、幾個值得注意的問題和自保護的實現

3.1 CMOS石英晶體振蕩器

 本電路選用了有CMOS集成電路和石英晶振構成的振蕩器。該電路除了結構簡單、輸出頻率穩定和工作可靠外
，考慮在滿足MOSFET對柵極驅動電平要求的前提下，可使整個電路采用單一的+15V電源
，因而簡化了電路。圖1中振蕩器由反相器G1，2MHz晶振及電容Ca，Cb構成。其中Rf的作用是為反相器提供一個偏置，使反相器在線性放大狀態。晶振及電容Ca，Cb組成的反饋網絡，當電路振蕩頻率接近石英晶體的固有諧振頻率時
，電路維持振蕩，此時調整Ca
，Cb可微調振蕩頻率。CD4013為具有複位和置位的雙D觸發器，主要用於對振蕩器輸出信號的分頻，並且通過同相和反相輸出端輸出兩路反相的脈衝信號。在振蕩電路中，Rchangdequzhifeichangzhongyao，zuzhiguodahuoguoxiaodoujiangdaozhidianlugongzuojibuwending
，tebieshiqizhenkunnan。yidandianlutingzhen，biranyinqihouxudianluyuanjianzhitongsunhuai。tongchangRf的取值範圍在100K-100M。

3．2 晶體管互補驅動電路的保護

為提高MOSFET的開關速度，在變壓器原邊的互補晶體管電路中，晶體管與電源間是不加任何電阻限流的。當振蕩器因故停振時，若G2輸出高電平，G3輸出低電平
，則VT1，VT3同時導通，使電源對地短路；若G2輸出低電平，G3輸出高電平，則VT2
，VT4同時導通
，也將電源對地短路。因此必須采取一定的保護措施。這裏采用一個CD4528或CIM538雙單穩態集成觸發電路構成的保護電路。在CIM528或CD4538每個單穩態電路中，有兩個可再觸發的輸入端x1或X2
，其真值表如下表。

上升沿觸發時，觸發信號從A端輸入，B端接高電平；下降沿觸發時，則觸發信號從B端輸入
，A端接低電平[D是複位端
，低電平有效。其保護原理是，當振蕩器因故停振時，從A端輸入的觸發信號為一不變的直流電平，由於這時B端和複位端CD都為高電平，從而保證了其反相輸出為高電平。該信號同時加至分頻器CD4013的4和6腳，使分頻器兩個輸出端也都為高電平，從而可使VT2
，VT3 截止
，於是就保證了驅動晶體管互補電路不會發生直通短路現象。

3．3 MOSFET柵源問的過電壓保護

由於MSFET的柵源極間輸入阻抗很高，所以漏源電壓的正向、反向突變會通過管子內部的反饋電容Crss的Miller效應耦合到柵極，並產生相當高的正向或反向瞬態電壓Vgs過壓脈衝

，衝擊浮柵引起管子永久性損壞，正的Vgs還會導致元件的誤導通。為了防止管子輸入信號過高，本電路在Vmt的柵源間並聯一個穩壓管Vdw 在輸入信號不太高或輸入信號被限幅的應用中，該穩壓管可省去。

4、總結

本文提出了一種高頻載波橋式整流的功率MOSFET隔離驅動電路。該電路已經在實際研製的帶再生製動的直流斬波調速係統中采用。使用結果表明
，該電路不僅具有頻率響應快、線路簡單可靠，控製靈活等特點
，而且還有自保護功能。